傳統(tǒng)的致密型金屬結(jié)合劑砂輪具有導(dǎo)熱性能好、對(duì)磨料的把持強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、耐磨性能好等特點(diǎn),但在使用過(guò)程中存在自銳性差、磨削溫度高等問(wèn)題,限制了磨具加工效率的提高。而多孔金屬結(jié)合劑超硬磨具通過(guò)引入孔隙結(jié)構(gòu)解決了以上問(wèn)題,但同時(shí)也削弱了結(jié)合劑對(duì)磨料的把持力。因此在保證氣孔率的同時(shí)提高結(jié)合劑對(duì)磨料的把持力,是提高磨削加工效率的關(guān)鍵。本文提出以Fe-Al、Ni-Al、Ti-Al金屬粉末作為多孔金屬結(jié)合劑,利用Kirkendall效應(yīng)、粉末顆粒之間的間隙及反應(yīng)造孔等造孔機(jī)制通過(guò)SPS定容燒結(jié)來(lái)制備氣孔率可控的超硬磨具。通過(guò)添加磷鐵粉和低熔點(diǎn)金屬（Cu、Zn、Sn）來(lái)提高FeAl多孔金屬結(jié)合劑在低溫?zé)Y(jié)時(shí)的抗折強(qiáng)度。同時(shí)改變?cè)戏勰┝６?分析孔隙結(jié)構(gòu)及孔徑的大小分布與抗折強(qiáng)度之間的關(guān)系。最后在800℃和1100℃分別制備出了氣孔率為30%的不同濃度和粒度的金剛石磨具和立方氮化硼（cBN）磨具,且研究了結(jié)合劑與磨料（金剛石、cBN）的界面結(jié)合狀態(tài)及對(duì)磨具抗折強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1、定容燒結(jié)可將結(jié)合劑的氣孔率精準(zhǔn)控制,氣孔率達(dá)到30%-60%,相同氣孔率的Fe和Al等摩爾配比的樣品抗折強(qiáng)度比其... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

FeAl二元合金相圖

第2章實(shí)驗(yàn)材料及研究方法-11-沖電流，使脈沖電流通過(guò)模具和樣品。部分電流通過(guò)樣品及間隙能夠激活晶粒的表面，擊穿殘留在間隙的氣體，并進(jìn)行局部放電，從而促進(jìn)了晶粒之間的結(jié)合，通過(guò)石墨模具的部分電流起到加熱模具和樣品的作用。它的主要特點(diǎn)就是利用等離子體表面活化和加熱，使材料能夠?qū)崿F(xiàn)快速且致密化的燒結(jié)。該設(shè)備具有兩種測(cè)溫方式：紅外測(cè)溫和K型熱電偶測(cè)溫。根據(jù)K型熱電偶測(cè)溫的上限為700℃，高于700℃的燒結(jié)實(shí)驗(yàn)需要使用紅外測(cè)溫進(jìn)行測(cè)試。SPS設(shè)備在燒結(jié)過(guò)程中對(duì)石墨模具垂直單向給壓，最大的燒結(jié)壓力為10kN。Gedevanishvili[52]等發(fā)現(xiàn)升溫速率對(duì)Fe-40%.molAl合金燒結(jié)體的致密度有很大影響，提高升溫速率可以有效降低燒結(jié)體的密度，增大氣孔率，因此結(jié)合設(shè)備的燒結(jié)參數(shù)將升溫速率定為50℃/min，為確保Al元素在快速升溫的過(guò)程中不出現(xiàn)液態(tài)，在升溫至600℃時(shí)保溫10min然后繼續(xù)升溫，在最高溫度保溫20min，燒結(jié)氛圍高純氬氣。圖2-1SPS燒結(jié)設(shè)備示意圖為了能夠準(zhǔn)確的控制金屬結(jié)合劑的氣孔率，結(jié)合SPS設(shè)備的燒結(jié)原理，選用松裝定容燒結(jié)進(jìn)行制備多孔金屬結(jié)合劑超硬磨具，并對(duì)石墨模具進(jìn)行了改造。石墨模具的改造如下圖2-2所示，將直徑為15mm的上下壓頭裁短，中間空出5mm的高度進(jìn)行裝料，為防止樣品與模具發(fā)生反應(yīng)對(duì)造成模具損壞，在燒結(jié)時(shí)金屬粉末與石墨壓頭中間放一層石墨紙，厚度約為0.3mm，經(jīng)過(guò)測(cè)試和計(jì)算燒結(jié)粉末所占體積為

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-12-3.53cm3。為了保證在升溫過(guò)程電流平穩(wěn)，不影響設(shè)備正常使用，我們使用車床將石墨模具設(shè)計(jì)凸出2mm寬的圓環(huán)，為了保證模具不被損壞，施加在模具上的壓力控制在15MPa。圖2-2改造后的石墨模具示意圖根據(jù)石墨模具的設(shè)計(jì)與已知的金屬間化合物FeAl、TiAl、NiAl的理論密度，為了能夠精準(zhǔn)控制氣孔率，特設(shè)計(jì)其填料質(zhì)量的公式如下：ρ1=ρ0（1-P）（2-1）m=πr2hρ1（2-2）式中ρ0——材料理論密度（g/cm3）；ρ1——樣品的體積密度（g/cm3）；P——預(yù)設(shè)氣孔率；m——燒結(jié)樣品所需質(zhì)量（g）；h——樣品高度（cm）；r——樣品半徑（cm）。2.4材料結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試2.4.1樣品的磨拋處理使用SPS設(shè)備燒結(jié)后的樣品為圓柱體，為了保護(hù)樣品不與石墨模具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，周圍包覆的有石墨紙。燒結(jié)后這些石墨紙會(huì)粘在樣品表面，為避免對(duì)后期的一些測(cè)試造成干擾及后續(xù)試驗(yàn)的需要，我們對(duì)樣品進(jìn)行磨拋處理。首先用400#的砂紙將這層石墨紙?zhí)幚砀蓛�，之后依次�?00#、1200#、1500#的砂紙對(duì)樣品進(jìn)行處理，將樣品厚度控制在3mm-4mm方便抗折強(qiáng)度的測(cè)試。保證樣品在處理的過(guò)程中厚度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]γ–TiAl金屬間化合物加工的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 廖陽(yáng)稷斂,顧琳,劉蘇毅,何國(guó)健.  航空制造技術(shù). 2020(04)
[2]TiAl金屬間化合物粉末冶金工藝研究進(jìn)展[J]. 張國(guó)慶,劉玉峰,劉娜,李周.  航空制造技術(shù). 2019(22)
[3]我國(guó)典型金屬間化合物基高溫結(jié)構(gòu)材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J]. 宮聲凱,尚勇,張繼,郭喜平,林均品,趙希宏.  金屬學(xué)報(bào). 2019(09)
[4]B2結(jié)構(gòu)FeAl金屬間化合物研究現(xiàn)狀[J]. 周瑾,白亞平,成超,羅佳佳,劉萌萌,楊忠.  鑄造技術(shù). 2019(08)
[5]Effects of pore structure and distribution on strength of porous Cu-Sn-Ti alumina composites[J]. Biao ZHAO,Tianyu YU,Wenfeng DING,Xianying LI.  Chinese Journal of Aeronautics. 2017(06)
[6]Ti對(duì)Al-Ti合金與金剛石的潤(rùn)濕性和把持力的影響[J]. 肖長(zhǎng)江,栗曉龍,竇志強(qiáng).  人工晶體學(xué)報(bào). 2017(10)
[7]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪節(jié)塊的抗彎強(qiáng)度研究[J]. 白永明,商家銘.  金剛石與磨料磨具工程. 2016(05)
[8]新興工業(yè)材料加工用金剛石工具[J]. 劉一波,徐良.  超硬材料工程. 2016(02)
[9]超硬磨具用金屬結(jié)合劑國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展[J]. 鄒文俊,陳功武,宋城,彭進(jìn).  金剛石與磨料磨具工程. 2014(04)
[10]造孔劑（NH4）2CO3含量對(duì)FeAl多孔材料性能的影響[J]. 王杰豐,高海燕,江垚,楊軍勝,高麟,賀躍輝.  粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2014(04)

碩士論文
[1]金剛石表面鍍覆層對(duì)金屬結(jié)合劑金剛石工具性能影響[D]. 栗曉龍.河南工業(yè)大學(xué) 2018
[2]鐵基合金對(duì)金剛石的泡沫化腐蝕及應(yīng)用研究[D]. 李穎穎.湖南大學(xué) 2017
[3]金剛石工具用高熵合金結(jié)合劑的研究[D]. 郭洪凱.燕山大學(xué) 2016
[4]選區(qū)激光熔化成形多孔鋁合金的工藝及組織性能研究[D]. 錢德宇.安徽工業(yè)大學(xué) 2016
[5]鐵鈷鹽對(duì)人造金剛石單晶腐蝕的研究[D]. 周肖璇.湖南大學(xué) 2016
[6]FeAl基多孔材料的制備及其性能的研究[D]. 何元章.華東理工大學(xué) 2012
[7]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪節(jié)塊設(shè)計(jì)和制備研究[D]. 丁蘭英.南京航空航天大學(xué) 2007
[8]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的開發(fā)研究[D]. 廖翠姣.華僑大學(xué) 2006



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